CN112430713A - 一种适用于低温条件的矿用车架的热处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于低温条件的矿用车架的热处理工艺，使用高温退火预处理退火方法，实现珠光体转变以及冷却过程中发生与此相反的相变重结晶，形成晶粒较细、组织均匀的珠光体组织。通过正火处理，珠光体发生重结晶，细化晶粒，组织变均匀，提高钢件的塑韧性。通过亚温淬火可以将机械性能达到最佳状态，尤其是可以得到较高的冲击功。冶炼过程合理的控制化学成分，合金元素Cr、Ni、Mo上限控制，增加材料的淬透性，使产品最终获得优良的力学性能和组织形态。本发明通过冶炼过程合理的控制化学成分，采用高温退火、淬火与亚温淬火结合、回火水冷的方式能够使一种低温条件下使用矿用车架获得理想的综合力学性能，尤其是具有很高的冲击功。

Description

一种适用于低温条件的矿用车架的热处理工艺

技术领域

本发明属于矿用车架加工制备技术领域，具体涉及一种适用于低温条件的矿用车架的热处理工艺。

背景技术

矿用自卸车是在露天矿山为完成岩石土方剥离与矿石运输任务而使用的一种重型自卸车，其工作特点为运程短、承载重，常用大型电铲或液压铲进行装载，往返于采掘点和卸矿点。

以矿山开采为主要来源的能源行业复苏，加上钢材、有色金属、煤炭等原材料持续涨价，拉动了矿石的市场需求，也增加了矿用汽车的需要。矿用自卸车市场将进入一个较为稳定和繁荣的时期。因此，非公路矿用车本身是一个很有发展潜力的朝阳产业，也是我国经济快速发展过程中急需的产品，市场广阔且附加值高，未来竞争必定激烈。

技术难度大，国内一般通过合资或引进国外先进技术。矿用车车架作为矿车主体部分，质量直接影响到整车的正常使用，国外配件到货迟滞、价格高昂，开发高质量矿用车已迫在眉睫。矿山作业的危险性大，确保矿山施工人员的安全，是矿山产品重要质量之一，这对工程机械产品的材料、强度等提出了较高要求。

矿用自卸车材料属于低碳低合金钢，因为合金元素Cr、Ni、Mo的作用，淬透性较好，同样也具有回火脆性，为达到高强度和低温冲击韧性，需进行调质处理。为增加淬透性，提高淬透深度，调质处理选择自来水做为介质。

淬火时因为热传递效率和工件有效厚度有关系，一般常规淬火时，工件表面冷却速度远远大于心部速度，工件表面形成马氏体组织，心部产生半马氏体或者非马氏体组织，工件未淬透，影响工件使用效果。通过淬火时摆动，提前打破淬火蒸汽膜阶段，加快热交换过程，使工件达得使用要求。

在正常淬火与回火之间增加一次或多次加热温度在Ac1~Ac3之间的亚温淬火，可以显著提高钢的韧性，降低脆性变温度，减少高温回火脆性，叫做亚温淬火。亚温淬火细化了晶粒，与常规淬火工艺比，能获得更高的韧性。

发明内容

针对现有技术中的不足之处，本发明提供一种适用于低温条件的矿用车架的热处理工艺，工艺路线为：冶炼-高温退火-焊补-正火-调质（亚温淬火）-粗加工-消除应力退火。冶炼过程控制化学成分，保证C、Ni、Mo元素控制在上限水平，保证淬透性。铸件进行高温退火、正火、调质及消除应力退火工艺，其特征在于调质采用亚温淬火及回火水冷的方式，能达到较高的综合力学性性能，特别是低温冲击较为优秀。

为了达到上述目的，本发明技术方案如下：

一种适用于低温条件的矿用车架的热处理工艺，在冶炼过程控制化学成分，控制Ni元素的含量，铸件浇铸脱膜后进行带温切割冒口，冒口切割后进行退火处理，退火后进行打磨清缺焊补，打磨清缺焊补后进行正火处理，正火后铸件进行调质处理，调质处理主要包含淬火处理，亚温淬火处理，回火处理；最终铸件粗加工之后进行消除加工应力处理。

进一步的，所述控制化学成分，化学元素百分比如下：C：0.20～0.25％，Si：0.40～0.60％，Mn：0.80～1.20％，Ni：0.40～0.80％，Mo：0.15～0.30％，P≤0.035％，S≤0.025％，残余元素总和不超过0.50%，按照国际焊接协会推荐碳当量计算公式CE=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15≤0.55。

进一步的，所述铸件采用带温200-250℃的热割冒口。

进一步的，所述退火使用650-680℃阶梯保温，930-950℃保温7-8小时的高温退火工艺，保温结束后采用停火炉冷，炉冷到300℃以下出炉空冷。

进一步的，保温时间选用经验公式t=α×K×D进行计算，其中t：保温时间（min），K：修正系数，单件支垫铁装炉取，α：加热系数（min/mm），燃气炉加热合金钢取1.2，D：是铸件的最大壁厚（mm）。

进一步的，所述正火处理升温速度控制在100-120℃/h，升温至910-930℃保温6小时，之后以空冷方式冷却，正火过程炉温均匀性满足±10℃。

进一步的，所述淬火处理，铸件重新装炉，升温至900 - 920℃保温6小时；保温结束后进入淬火冷却过程：冷却水温在20-40℃，流速25-40mm/s，铸件入水后进行摆动，摆动时间20-30min，炉温均匀性满足±8℃。

进一步的，所述亚温淬火处理，铸件重新装炉，升温至860℃-880℃保温6小时；保温结束后进入亚温淬火冷却过程：冷却水温在20-40℃，流速25-40mm/s，铸件入水后进行摆动，摆动时间20-30min，炉温均匀性满足±8℃。

进一步的，所述回火处理，铸件重新装炉，升温至570℃-590℃保温8小时，炉温均匀性满足±8℃，保温结束后采用水冷方式，水冷至铸件温度低于100℃。

进一步的，所述消除加工应力处理，在粗加工完成后进行，低温装炉方式，炉温均匀性满足±8℃，在180-220℃保温10-12小时，出炉空冷。

有益效果：通过本发明使用高温退火的铸件预处理这种退火方法，通过加热过程中发生的珠光体转变为奥氏体以及冷却过程中发生的与此相反的第二回相变重结晶，形成晶粒较细、片层较厚、组织均匀的珠光体，消除铸态组织缺陷，如魏氏组织、带状组织等。通过焊补后正火处理，使铸件中焊接应力释放，使珠光体发生重结晶，再次细化晶粒，使组织变细和变均匀，以提高钢件的塑性和韧性，同时也降低硬度，改善被切削性。通过亚温淬火实现铁素体+共析点转变的马氏体可以将机械性能达到最佳状态，尤其是可以得到较高的冲击功。通过冶炼过程合理的控制化学成分，将合金元素Cr、Ni、Mo往上限控制，增加材料的淬透能力，使产品最终获得理想的综合力学性能和组织形态。综上所述，通过冶炼过程合理的控制化学成分，后序采用高温退火、淬火与亚温淬火结合、回火水冷的方式能够使一种低温条件下使用矿用车架获得理想的综合力学性能，尤其是具有很高的冲击功。

附图说明

图1为本发明产品实例的装炉方式示意图。

图2为本发明产品实例的装炉修正系数K取值图。

具体实施方式

以下参照具体的实施例来说明本发明。本领域技术人员能够理解，这些实施例仅用于说明本发明，其不以任何方式限制本发明的范围。

一种适用于低温条件的矿用车架的热处理工艺，包括以下步骤：

（1）铸件预处理：矿用车架铸件浇铸脱膜后，采用带温220℃的热割冒口；

（2）装炉：参阅图1所示，矿用车架使用装料托盘装炉，摆放至炉内有效加热区内，避开火道，防止火焰直接喷射；

（3）高温退火：使用阶梯升温的方式，650℃保温3小时，然后升温至950℃保温8小时，然后停火炉冷，炉冷到300℃以下出炉空冷；

（4）正火：采用步骤（2）所述装炉方式装炉，为避免加热过快导致变形或温度差异过大影响组织均匀性，采用110℃/h升温速度升温至920℃，保温时间选用经验公式t=α×K×D进行计算可得6小时；其中t:保温时间（min），K：修正系数，单件支垫铁装炉取，参阅图2所示，α：加热系数（min/mm），燃气炉加热合金钢取1.2，D：是铸件的最大壁厚（mm），该产品实例最大壁厚260mm，计算可得保温时间t=364min，约等于6小时，见表1；保温结束后采用空冷的方式进行冷却；

表1

（5）淬火：采用步骤（2）所述装炉方式装炉，步骤（4）所述的升温速度和保温时间计算方法，910℃保温6小时，进入淬火冷却过程；

（6）淬火冷却：使用温度计测定水槽温度，满足20-40℃，使用设备自带流量计测定流速25-40mm/s范围，使用出料机叉出炉窑快速下水，下水后使用出料机进行摆动，摆动30min，继续冷却，1小时候测铸件温度低于50℃，冷却结束；

（7）亚温淬火：采用步骤（2）所述装炉方式装炉，步骤（4）所述的升温速度和保温时间，870℃保温6小时，进入亚温淬火冷却过程；

（8）亚温淬火冷却：同照步骤（6）所描述的内容；

（9）回火：采用步骤（2）所述装炉方式装炉，步骤（4）所述的升温速度，升温至580℃保温8小时，为避免回火脆性，水冷至铸件温度低于100℃；

（10）消除应力处理：采用步骤（2）所述装炉方式低温装炉，炉温均匀性满足±8℃，在200℃保温11小时，出炉空冷；

（11）力学性能检测：热处理后试样制成标准拉伸试样进行各项力学性能检测；力学性能检测结果，产品实例力学性能检测结果见表2。

表2

项目

Rm/Mpa

Rel/Mpa

A%

Z%

-40℃ AKV/J

HBW

标准值

≥690

≥585

≥20

≥40

≥27

207-255

实测值

725

620

22.5

58

45 55 62

247

通过检测，通过化学成分控制，该热处理工艺能够使一种低温条件下使用矿用车架获得理想的综合力学性能，尤其是具有很高的冲击功。

Claims (9)

1.一种适用于低温条件的矿用车架的热处理工艺，其特征在于：包括以下步骤：

（1）铸件预处理：矿用车架铸件浇铸脱膜后进行带温切割冒口；

（2）装炉：矿用车架使用装料托盘装炉，摆放至炉内有效加热区内，避开火道，防止火焰直接喷射；

（3）高温退火：使用650-680℃阶梯保温，930-950℃保温7-8小时的高温退火工艺，保温结束后采用停火炉冷，炉冷到300℃以下出炉空冷；

（4）正火：采用步骤（2）所述装炉方式装炉，为避免加热过快导致变形或温度差异过大影响组织均匀性，采用100-120℃/h升温速度升温至910-930℃，保温时间选用经验公式t=α×K×D进行计算，其中t：保温时间（min），K：修正系数，单件支垫铁装炉取，α：加热系数（min/mm），燃气炉加热合金钢取1.2，D：是铸件的最大壁厚（mm）；保温结束后采用空冷的方式进行冷却，正火过程炉温均匀性满足±10℃；

（5）淬火及淬火冷却：采用步骤（2）所述装炉方式重新装炉，铸件正火后进入淬火处理，升温至900 - 920℃保温6小时；保温结束后进入淬火冷却过程：采用水冷，使用温度计测定水槽温度，满足20-40℃，使用设备自带流量计测定流速25 – 40 mm/s范围，使用出料机叉出炉窑快速下水，下水后使用出料机进行摆动，摆动20-30min，继续冷却，炉温均匀性满足±8℃，测铸件温度低于50℃，冷却结束；

（6）亚温淬火及亚温淬火冷却：采用步骤（2）所述装炉方式重新装炉，铸件淬火后进入亚温淬火处理，860℃-880℃保温6小时；保温结束后进入亚温淬火冷却过程：采用水冷，使用温度计测定水槽温度，满足20 - 40℃，使用设备自带流量计测定流速 25 - 40mm/s范围，使用出料机叉出炉窑快速下水，下水后使用出料机进行摆动摆动20-30min，继续冷却，炉温均匀性满足±8℃，测铸件温度低于50℃，冷却结束；

（7）回火：采用步骤（2）所述装炉方式重新装炉，铸件升温至570℃-590℃保温8小时，为避免回火脆性，水冷至铸件温度低于100℃；

（8）消除应力处理：采用步骤（2）所述装炉方式低温装炉，炉温均匀性满足±8℃，在180-220℃保温10-12小时，出炉空冷；

（9）力学性能检测：热处理后试样制成标准拉伸试样进行各项力学性能检测。

2.如权利要求1所述的适用于低温条件的矿用车架的热处理工艺，其特征在于，所述矿用车架铸件在炼过程进行化学成分控制，控制化学成分按质量百分比计为：C：0.20～0.25％，Si：0.40～0.60％，Mn：0.80～1.20％，Ni：0.40～0.80％，Mo：0.15～0.30％，P≤0.035％，S≤0.025％，残余元素总和不超过0.50%，按照国际焊接协会推荐碳当量计算公式CE=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15≤0.55。

3.如权利要求1所述的适用于低温条件的矿用车架的热处理工艺，其特征在于，步骤（1）所述矿用车架铸件采用带温200-250℃的热割冒口。

4.如权利要求1所述的适用于低温条件的矿用车架的热处理工艺，其特征在于，步骤（3）所述高温退火处理使用阶梯升温的方式，650℃保温3小时，然后升温至950℃保温8小时，然后停火炉冷，炉冷到300℃以下出炉空冷。

5.如权利要求1所述的适用于低温条件的矿用车架的热处理工艺，其特征在于，步骤（4）所述铸件实例最大壁厚260mm，计算可得保温时间t=364min；所述正火处理升温速度控制在110℃/h，升温至920℃保温6小时，保温接收后以空冷方式冷却。

6.如权利要求1所述的适用于低温条件的矿用车架的热处理工艺，其特征在于，步骤（5）所述淬火处理的具体工艺流程如下：升温至910℃保温6小时，水冷至室温。

7.如权利要求1所述的适用于低温条件的矿用车架的热处理工艺，其特征在于，步骤（6）所述亚温淬火处理的具体工艺流程如下：升温至870℃保温6小时，水冷至室温。

8.如权利要求1所述的适用于低温条件的矿用车架的热处理工艺，其特征在于，步骤（7）所述回火处理的具体工艺流程如下：升温至580℃保温8小时，水冷至铸件温度低于100℃。

9.如权利要求1所述的适用于低温条件的矿用车架的热处理工艺，其特征在于，步骤（8）所述消除加工应力处理，在粗加工完成后进行，低温装炉方式，炉温均匀性满足±8℃，在220℃保温11小时，出炉空冷。

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